带有碳捕集的全蒸汽气化制造技术

用于带有碳捕集的全蒸汽气化的含碳燃料气化系统包括微粉化焦炭制备系统，其包括接收固体含碳燃料、氢气、氧气和流化蒸汽并在出口处产生微粉化焦炭、蒸汽、挥发物、氢气和挥发物的脱挥发分装置。间接气化器包括容器，该容器包括接收微粉化焦炭、输送流体和蒸汽的气化室。气化室在一个或多个出口处产生合成气、灰分和蒸汽。燃烧室接收氢气和氧化剂的混合物并且燃烧氢气和氧化剂的混合物以提供用于气化和加热流入物流的热量，从而产生蒸汽和氮气。通过使难熔沙子循环将用于气化的热量从燃烧室转移到气化室。本发明专利技术的系统生产用于诸如具有CCS、CTL和多联产装置的IGCC的应用的无氮高氢合成气。

Full steam gasification with carbon capture

A carbon containing fuel gasification system for full steam gasification with carbon capture includes a micropulverized coke preparation system, which includes receiving solid carbon fuel, hydrogen, oxygen and fluidization steam, and producing a devolatilization unit for micropowder coke, steam, volatiles, hydrogen and volatiles at the outlet. The indirect vaporizer includes a container, which comprises a gasification chamber for receiving micronized coke, conveying fluid and steam. The gasification chamber produces syngas, ash and steam at one or more outlets. The combustor receives a mixture of hydrogen and oxidants and burns a mixture of hydrogen and oxidants to provide steam and nitrogen for vaporizing and heating the flow of heat to the logistics. The heat of gasification is transferred from the combustion chamber to the gasification chamber by making the refractory sand circulate. The system of the present invention produces nitrogen free high hydrogen syngas for applications such as CCS, CTL and IGCC.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有碳捕集的全蒸汽气化本文所使用的章节标题仅用于组织目的，不应被解释为以任何方式限制本申请中描述的主题。相关申请的交叉引用本申请是2015年8月6日提交的题为“CarbonCapturewithAll-SteamGasification”的美国临时专利申请号62/201,625和2016年4月29日提交的题为“All-SteamGasificationwithCarbonCapture”的美国临时专利申请号62/329,632的正常申请。美国临时专利申请No.62/201,625和62/329,632的全部内容通过引用并入本文。简介对二氧化碳温室气体在大气中积累的全球变暖担忧持续增长。现在大气中的二氧化碳浓度比过去几十万年的任何时候都要高。化石燃料发电系统的二氧化碳排放是近几十年来大气中二氧化碳增加的主要原凶。与此同时，全球化石燃料的需求和使用量也在持续增长。即使可再生能源和核能方面大幅增加，化石燃料消耗仍不断上升。因此，特别需要高效和有效的低碳技术，尤其是发电和化学品生产。整体煤气化联合循环(IGCC)技术是利用煤炭发电的最清洁的方法。气化产生的杂质比传统燃煤电厂要少得多。IGCC发电厂在涡轮机中燃烧合成气来发电。捕集多余的热量为第二台涡轮提供动力，从而发电更多，以实现高效发电。目前，常见各种固体燃料气化生产化学品，包括化肥、甲醇、柴油和许多其它化学品。气化对环境有利，产生较少污染，减少二氧化碳排放，减少固体废物，和降低用水量。
技术实现思路
含碳燃料气化系统包括微粉化焦炭制备系统，其包括接收固体含碳燃料、氢气、氧气和流化蒸汽的脱挥发分装置。微粉化焦炭制备系统在出口处产生微粉化的焦炭、蒸汽、挥发物和氢气。在一些实施方案中，焦炭制备系统包括在冷却焦炭时预热蒸汽的逆流焦炭冷却器、减压阀、将微粉化焦炭的平均尺寸降低到10μ以下的粉碎机以及将微粉化焦炭重新加压至入口要求的气锁。在一个具体实施方案中，含碳燃料是煤。在一些实施方案中，脱挥发分装置包括加热的压力容器，其包括用于注入流化蒸汽的入口和用于除去挥发物和粗焦炭的至少一个出口。间接气化器包括容器，该容器包括接收来自微粉化焦炭制备系统的微粉化焦炭并且接收输送流体和蒸汽的气化室。气化室也可以被称为气化器。在一些实施方案中，间接气化器从微粉化焦炭制备系统的出口接收挥发物。在一些实施方案中，气化室从微粉化焦炭制备系统的出口接收蒸汽。还有，在一些实施方案中，气化室具有与热回收系统入口连接的出口，使得热回收系统接收来自气化室的蒸汽。气化室在一个或多个出口处产生合成气、灰分和蒸汽。间接气化器还包括燃烧室。燃烧室也可以被称为燃烧器。燃烧室接收氢气和氧化剂的混合物，并且燃烧氢气和氧化剂的混合物以提供热量用于气化和加热流入的物流，从而产生蒸汽和氮气。例如，氧化剂可以是空气。通过使难熔沙子循环将用于气化的热量从燃烧室转移到气化室。在一些实施方案中，由间接气化器的燃烧器产生的蒸汽和氮气被引导至燃气轮机发电系统。在一些实施方案中，由间接气化器的燃烧室产生的蒸汽和氮气被引导至连接到发电机的膨胀器和发电模块中的烟囱式冷凝器，然后在系统烟囱排出。含碳燃料气化系统还可以还包括将过程焦炭与挥发物分离的旋风分离器，其中旋风分离器具有位于脱挥发分装置下游的提供粗焦炭的第一出口和与间接气化器的入口连接的第二出口。含碳燃料气化系统还可以还包括合成气冷却器，该合成气冷却器具有与间接气化器的气化室的出口连接的入口，其中合成气冷却器冷却合成气，并且在出口处产生蒸汽。具有从合成气冷却器出口接收冷却合成气的入口的合成气净化系统可用于去除杂质。具有连接到合成气净化系统出口的入口的碳捕集系统可用于产生二氧化碳和氢气。碳捕集系统可以包括具有镍基催化剂的碳捕集反应器，所述镍基催化剂能够通过蒸汽重整去除合成气中过量的甲烷。碳捕集反应器使用蒸汽进行水煤气变换反应。合成气净化系统中的精制脱硫器可用于将合成气的SO2浓度降低到避免催化剂被二氧化硫中毒的水平。镍基催化剂可以安装在吸附剂组件的表面上。在一些实施方案中，将固体燃料液化系统连接到输送氢气的碳捕集出口。固体燃料液化系统具有与合成气净化系统出口和碳捕集系统出口连接的入口。固体燃料液化系统接收合成气和氢气流，并且在第一出口产生甲烷和在第二出口产生柴油、甲醇、汽油和航空燃料中的至少一种。在这些实施方案中，间接气化器接收来自微粉化焦炭制备系统的出口的挥发物。固体燃料液化系统的第一出口连接到间接气化器的入口。固体燃料液化系统向间接气化器中包含气化室的容器提供甲烷。在各种实施方案中，气体流量控制器位于合成气净化系统和固体燃料液化系统之间，以便使用来自合成气净化系统出口的合成气调节合成气中的一氧化碳/氢气比至固体燃料液化系统要求的。附图说明根据优选和示例性实施方案，在以下结合附图的详细描述中更具体地描述本专利技术及其进一步优点。本领域技术人员将理解下述附图仅用于说明目的。附图不一定按比例，而是通常重在描述专利技术原理。这些附图不以任何方式限制申请人专利技术的范围。图1示出了本专利技术的碳捕集全蒸汽气化系统的系统框图。图2示出了本专利技术的焦炭制备系统和气化器系统的实施方案。图3示出了本专利技术的脱挥发分装置的实施方案。图4示出了本专利技术的间接气化器的实施方案。图5示出了本专利技术的合成气冷却器的实施方案。图6示出了本专利技术的合成气净化系统的实施方案。图7示出了本专利技术的碳捕集反应器系统的实施方案。图8示出了本专利技术的甲烷蒸汽重整的相图。图9示出了本专利技术的多联产应用的燃烧系统的产品的实施方案。具体实施方案现在将参考附图中所示的示例性实施方案来更详细地描述本专利技术。尽管结合各种实施方案和实施例描述本专利技术，但本专利技术不限于这些实施方案。相反，如本领域技术人员将理解的，本专利技术涵盖各种替代、调整和等同方案。接触本专利技术的本领域普通技术人员将认识到在本文所描述的本专利技术范围内的其它实施方式、调整和实施方案以及其它应用领域。说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”意味着结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性在本专利技术的至少一个实施方案中。说明书中多处出现的短语“在一个实施方案中”不一定都指同一实施方案。应该理解，本专利技术方法的各个步骤可以以任何顺序和/或同时进行，只要专利技术可操作即可。此外，应该理解，本专利技术的装置和方法可以包括任何数量或所有描述的实施方案，只要专利技术可操作即可。全球变暖和气候变化问题要求世界范围内的燃煤电厂增加昂贵的控制以捕集和储存二氧化碳，以达到所要求的排放率。目前的技术如用于煤电厂的带有碳捕集的IGCC技术，在没有补贴的情况下已被证明是不经济的。运行碳捕集系统所需的额外电能降低了效率，因此没有被广泛采用。这导致了老煤厂的关闭和许多新工厂的取消。尽管如此，许多专家仍认为，煤是帮助世界转向可再生能源的宝贵能源。本专利技术涉及带有碳捕集的全蒸汽气化系统，该系统可以明显提高有益的IGCC技术的效率和加速其广泛采用。全蒸汽气化(ASG)是有利的，因为它可以通过燃料完全燃烧提供用于气化的热源。这是通过使用间接气化器完成的，而不是如传统系统中一样将碳部分氧化成CO。该方法使气化器中每磅碳产生的净氢量增加到三倍以上，并且使总氢量(包括在变换反应器中产生的氢)增加了大约30％。由于氢气是碳捕集所需的无碳燃料，氢气产量的增加提高了整体煤气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含碳燃料气化系统，包括：a)微粉化焦炭制备系统，其包括接收固体含碳燃料、氢气、氧气和流化蒸汽的脱挥发分装置，该微粉化焦炭制备系统在出口处产生微粉化焦炭、蒸汽、挥发物和氢气；和b)间接气化器，包括：i.包含气化室的容器，该气化室接收来自微粉化焦炭制备系统的微粉化焦炭，并接收输送流体和蒸汽，该气化室在一个或多个出口处产生合成气、灰分和蒸汽；和ii.接收氢气和氧化剂的混合物的燃烧室，该燃烧室燃烧氢气和氧化剂的混合物以提供用于气化和加热流入物流的热量，从而产生蒸汽和氮气，通过使难熔沙子循环将用于气化的热量从燃烧室转移到气化室。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.06 US 62/201,625;2016.04.29 US 62/329,6321.一种含碳燃料气化系统，包括：a)微粉化焦炭制备系统，其包括接收固体含碳燃料、氢气、氧气和流化蒸汽的脱挥发分装置，该微粉化焦炭制备系统在出口处产生微粉化焦炭、蒸汽、挥发物和氢气；和b)间接气化器，包括：i.包含气化室的容器，该气化室接收来自微粉化焦炭制备系统的微粉化焦炭，并接收输送流体和蒸汽，该气化室在一个或多个出口处产生合成气、灰分和蒸汽；和ii.接收氢气和氧化剂的混合物的燃烧室，该燃烧室燃烧氢气和氧化剂的混合物以提供用于气化和加热流入物流的热量，从而产生蒸汽和氮气，通过使难熔沙子循环将用于气化的热量从燃烧室转移到气化室。2.权利要求1的含碳燃料气化系统，其中间接气化器还接收来自微粉化焦炭制备系统的出口处的挥发物。3.权利要求1的含碳燃料气化系统，其中脱挥发分装置包括加热的压力容器，该容器包括用于注入流化蒸汽的入口和至少一个用于除去挥发物和粗焦炭的出口。4.权利要求1的含碳燃料气化系统，还包括将粗焦炭与挥发物分离的旋风分离器，该旋风分离器具有位于脱挥发分装置下游的提供粗焦炭的第一出口和与间接气化器的入口连接的第二出口。5.权利要求1的含碳燃料气化系统，其中含碳燃料包括煤。6.权利要求1的含碳燃料气化系统，其中由间接气化器的燃烧室产生的蒸汽和氮气被引导至燃气涡轮发电系统。7.权利要求1的含碳燃料气化系统，其中由间接气化器的燃烧室产生的蒸汽和氮气被引导至连接到发电机的膨胀器以及发电模块中的烟囱式冷凝器，然后在系统烟囱中排出。8.权利要求1的含碳燃料气化系统，还包括具有与气化室的出口连接的入口的合成气冷却器，该合成气冷却器冷却合成气，并且在出口处产生蒸汽。9.权利要求8的含碳燃料气化系统，还包括具有从合成气冷却器的出口接收冷却合成气的入口的合成气净化系统，该合成气净化系统处理合成气以去除杂质。10.权利要求9的含碳燃料气化系统，还包括具有与合成气净化系统出口连接的入口的碳捕集系统，该碳捕集系统产生二氧化碳和氢气。11.权利要求10的含碳燃料气化系统，其中碳捕集系统包括包含镍基催化剂的碳捕集反应器，其能够使合成气中的过量甲烷通过蒸汽重整被去除。12.权利要求11的含碳燃料气化系统，其中合成气净化系统还包括将合成气的SO2浓度降低到保护镍基催化剂免于被二氧化硫中毒的水平的精制脱硫器。13.权利要求11的含碳燃料气化系统，其中镍基催化剂安装在吸附剂组件的表面上。14.权利要求11的含碳燃料气化系统，其中碳捕集系统使用蒸汽进行水煤气变换反应。15.权利要求10的含碳燃料气化系统，还包括具有与合成气净化系统出口和碳捕集系统出口连接的入口的固体燃料液化系统，该固体燃料液化系统接收合成气和氢气流，并且在第一出口产生甲烷和在第二出口产生柴油、甲醇、汽油和航空燃料中的至少一种。16.权利要求15的含碳燃料气化系统，其中间接气化器接收来自微粉化焦炭制备系统的出口的挥发物，固体燃料液化系统的第一出口与间接气化器的入口连接，固体燃料液化系统向间接气化器中包含气化室的容器提供甲烷。17.权利要求15的含碳燃料气化系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·沃尔姆塞尔，J·帕克斯，D·M·托德，
申请(专利权)人：沃姆泽能源解决方案股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US